غريغ غيج: لطالما سعى الآباء والأمهات لمدة طويلة ليجعلوا أطفالهم يأكلون الخضروات خاصتهم. لكن جعلهم يأكلون الكعك المُحلّى أو البوظة سهلٌ نسبياً، وذلك بسبب أن عقولنا تفضّل الحلاوة. الآن، ثمّة تقنية جديدة تُسمّى: علم البصريات الوراثي والتي قد تكون قادرة على خداع حاسة تذوقنا، على سبيل المثال تفضيل الخصروات على الحلويات. سنُجربها اليوم مستخدمين ذباب الفاكهة. [جرّب علم الأعصاب بنفسك]
Greg Gage: It's an age-old pursuit of all parents, getting their kids to eat their vegetables. But getting them to eat cookies or ice cream is relatively easy, and that's because our brains prefer sweetness. Now, there's a new technology called optogenetics which may be able to trick our taste buds, for instance preferring vegetables over sweets. We're going to try this today using fruit flies. [DIY Neuroscience]
وسبب تجربتنا على ذباب الفاكهة هو أن لديه جهازاً عصبياً صغيراً بما فيه الكفاية ليعطينا فرصة مناسبة لمعرفة ما الذي يجري بالضبط. وصدقوا ذلك أو لا، براعم التذوق لديهم مطابقة لما لدينا. لكن قبل محاولة التلاعب بمصادر التذوق لديه، نريد معرفة: ما هو أساس ذباب الفاكهة؟ ماذا يفضِّل؟ نسمّي هذه: تجربة تحكُّم. وقد كان سبنسر منكبّاً على إجرائها.
The reason why we experiment with fruit flies is they have a small enough nervous system that gives us a fighting chance to really understand what's going on. And believe it or not, their taste buds are very similar to ours. But before we try to manipulate their taste preferences, we need to establish: What is the baseline of the fruit fly? What does it prefer? We call this a control experiment. Spencer's been hard at work doing this.
حسناً سبنسر، لنقم بأول تجربة. نريد معرفة ما إذا كان ذباب الفاكهة يفضّل الموز أو القرنبيط. لذا ماذا نحتاج؟
OK, Spencer, let's do our first experiment. We want to test to see if fruit flies prefer bananas or broccoli. So what do we need?
سبنسر براون: نحتاج وسادة طيران، والتي هي أساساً آيباد للذباب. والذي يقيس اللمس.
Spencer Brown: So we need the fly pad, which is basically an iPad for flies. It measures the touch.
تضع ذبابة في كل تجويفة؟
GG: You put a fly in each chamber?
نعم. في الداخل، وسنقدم لهم موزة وقرنبيطاً لمعرفة أي واحد سيفضّلون.
SB: Yeah. Inside, we'll offer them banana and broccoli to see which one they prefer.
غ غ: من أجل حساب عدد المرات التي يأكل فيها ذباب الفاكهة الموزة مقابل القرنبيط، جُهزت هذه التجاويف بقطب كهربائي صغير يُرسل بيانات للحاسوب. وما هي النتائج التي توصلت لها من الموز مقابل القرنبيط؟
GG: In order to count how many times the fruit fly eats a banana versus the broccoli, these chambers have been outfitted with a small electrode that sends data to a computer. And so what were your findings on banana versus broccoli?
س ب: وجدتُ أن الذباب وقع على الموز أكثر.
SB: I found that the flies visited banana the most.
غ غ: كلاهما كانا هناك، لكن كالكثير من الأطفال، لم يختاروا أكل القرنبيط، لكنهم قاموا بالتحويل إلى شيء أحلى.
GG: Both were there, but like most kids, they choose not to eat the broccoli, and they go switch to something sweeter.
غ غ: الآن خلفية سريعة عن كيفية التذوق. تتكون براعم التذوق من خلايا عصبية متخصصة تُسمّى: مستقبلات الذوق. عندما نأكل شيئاً يثير طعماً معيناً ترسل هذه الخلايا العصبية إشارة للدماغ. وهذا ما يجعل دماغنا يميّز الحلو من المُرّ. لذا عندما يأكل ذباب الفاكهة الموزة، ستُطلق خلاياه ذات المذاق الحلو. لكنه عندما يأكل القرنبيط، تبقى هذه الخلايا نفسها هادئة جداً. لكن ماذا إذا أجبرنا هذه الخلايا الحلوة على الانطلاق كلما أكل ذباب الفاكهة القرنبيط؟ ربما استطعنا أن نجعل ذباب الفاكهة يحبُّ القرنبيط بقدر حبه الموز.
GG: Now a quick background on how taste works. Taste buds are made up of specialized neurons called taste receptors. When we eat something that triggers a particular taste, those taste neurons will fire a signal to the brain. This allows our brain to know what's sweet and what's bitter. So when a fruit fly eats a banana, its sweet taste neurons will fire. But when it eats broccoli, those same neurons stay pretty quiet. But what if we could force those sweet-tasting neurons to fire every time the fruit fly eats broccoli? We may be able to get the fruit fly to like broccoli as much as banana.
وهنا يأتي دور علم البصريات الوراثي (أوبتوجينيتيك). هذه الأداة الثورية الجديدة التي ستعصف بعلم الأعصاب، وفي هذه الحالة: "أوبتو" تعني ضوء وتشير "جينيتيك" إلى أن ذبابة الفاكهة تم تعديلها وراثياً لتحتوي على جينات خاصة تجعل بعض الخلايا تستجيب للضوء. وفي حالتنا هذه، أضفنا جيناً خاصاً لمستقبلات الطعم الحلوة.
Enter optogenetics. This is the revolutionary new tool that's taking neuroscience by storm, and in this case, "opto" means light and "genetic" refers to the fact that these fruit flies have been modified to contain a special gene that makes only certain neurons respond to light. In our case, we've added the special gene to the sweet taste receptors.
وهذا هو الجزء الممتع. التدخل الوراثي يعني أننا نستطيع التحكم في هذه الخلايا الخاصة كلما تعرضت لضوء ساطع، يجعلها ترسل رسائل إلى الدماغ. في هذه التجربة، سنجعل ذباب الفاكهة المعدّل يختار بين الموزة والقرنبيط مجدّداً، فقط هذه المرة، في كل مرة تأكل ذبابة الفاكهة القرنبيط سنقوم بإطلاق ضوء أحمر ساطع كبير. وعندما ترى القنوات هذه الضوء الأحمر، سينفتِحن، ويسببن إطلاق هذه الخلايا العصبية، وستُرسَل رسالة الطعم الحلو إلى الدماغ.
Now here's the fun part. Optogenetics means that we can control these special neurons whenever they're exposed to a bright-colored light, causing them to send messages to the brain. In this experiment, we're going to have these modified fruit flies choose between banana and broccoli again, only this time, every time the fruit fly eats the broccoli, we're going to trigger a big bright red light. And when the channels see that red light, they're going to open up, and they're going to cause that neuron to fire, and the sweet taste message will be sent to the brain.
كيف تُخرج الذباب؟
How do you get them out?
س ب: سنستخدم ماصة عبر الفم، وهي عبارة عن ماصتين وُضعتا مع بعضهما،
SB: So we're going to be using a mouth aspirator, so it's just two straws put together.
غ غ: إنه اسم فاخر لماصة.
GG: So it's a fancy name for a straw.
س ب: مبدئياً.
SB: Basically.
غ غ: ستقوم بالشفط عبرها. هل قمت بشفط ذبابة من قبل؟
GG: So you're going to suck those out. Have you ever sucked up a fly before?
س ب: مرة أو مرتين.
SB: Once or twice.
غ غ: ها نحنُ ذا. حصلت على كل الأربع. جيد. بعدها ستُشغل جهاز ''أوبتوستمرز" خاصتك هنا. ستُسلط الضوء على قمة التجاويف. والآن سنجلس لحين يأكلون القرنبيط، وعندما يتم إطلاق الضوء، سيعتقدون أنه طعم شيء حلو.
GG: There we go. You got all four. OK, perfect. So you're going to turn on your OptoStimmers here. You're going to park the light right on top of the chambers. So now we sit here and we wait for them to eat broccoli, and then when the light fires, they're going to think it's tasting something sweet.
هيا. إنه يقترب أكثر. هيا. إن الطعم جيد الآن.
Come on. Oh, he's getting closer. Come on. It tastes good now.
س ب: أصبح حوله.
SB: It's about to.
غ غ: أوه. لقد تراجع. حسناً! حسناً، نرى الآن بعض الذباب يتحول من الموزة إلى القرنبيط.
GG: Oh, he's back. All right! All right, so now we see that some of these flies are switching over from the banana to the broccoli.
س ب: بالضبط، نعم.
SB: Exactly, yeah.
غ غ: في كل مرة ينطفئ هذا الضوء، هذا يعني اعتقاده بأنه تذوق شيئاً حلواً.
GG: Every time this light goes off, that means that they think they're tasting something sweet.
س ب: نعم، هذه الذبابة تستهدف القرنبيط مباشرة.
SB: Yeah. So this guy's really going after it.
لذلك رأينا أننا تمكنا من إنقاذ القرنبيط وجعلناها جاذبة مثل الموز لذباب الفاكهة. ونحن قادرون على تكرار نفس النتائج في كل تجاربنا. لذا السؤال هو: هل بمقدرونا عمل الشيء نفسه في البشر؟ حسناً، هذا يعتمد على مجموعة من العوامل. أولاً: هل يعمل علم البصريات الوراثي في البشر؟ ويبدو أن الإجابة: نعم، وفي الواقع، أنه تم التخطيط للتجارب السريرية التي من شأنها أن تعالج الأمراض المزمنة والعمى باستخدام علم البصريات الوراثي. والسؤال التالي: هل نستطيع إطلاق مصدر ضوئي بسهولة خلال كل مرة نأكل فيها الخضروات؟ لذلك، أخشى -على الأقل في وقتنا الحاضر- أن الإجابة ما زالت: لا. لكن اليوم، شاهدنا لمحة عن علم البصريات الوراثي وإمكاناته المذهلة.
GG: So we saw that we were able to rescue broccoli and make it just as appealing as banana to our fruit flies. And we're able to replicate these same results in all of our experiments. So the question is: Can we do the same thing in humans? Well, that depends on a number of items. First, do optogenetic tools even work in humans? And that looks like the answer is yes, and in fact, clinical trials are already being planned that will treat chronic pain and blindness using optogenetics. And the next question is, can we easily trigger a light source so that every time we eat vegetables, it will go off? For that, I'm afraid at least at this time, the answer is still no. But today, we got to witness just a taste of optogenetics and its amazing potential.
(موسيقى)
(Music)